7第七章气态污染物的控制

氮氧化物的排放及控制硫氧化物的排放及控制2011年，全国化学需氧量排放总量2499.9万吨，比2010年下降2.04%；氨氮排放总量260.4万吨，比2010年下降1.52%；二氧化硫排放总量2217.9万吨，比2010年下降2.21%；氮氧化物排放总量2404.3万吨，比2010年上升5.74%。其中化学需氧量、二氧化硫和氧化物排放总量均是世界首位。从环境容量看，我国的年排放量：二氧化硫是1620万吨左右，氮氧化物为1880万吨，但目前已经超排。NOX污染的环境影响氮氧化物的来源与排放趋势中国NOX排放现状及发展趋势发达国家NOX排放控制中国NOX排放控制策略的确定选择性催化还原技术（SCR）结束语氮氧化物的排放及控制NOX含义NOx（氮氧化合物）、排放限制的对象NO、NO2、N2O、N2O2等等化合物的总称。在高温下氮和氧结合后产生。越接近完全燃烧产生的量越多，所以必须降低燃烧温度。NOX污染的环境影响NO2（微量）NO2+UV→NO2NO2→NO+OO+O2→O3O3+NO→NO2+O2O3O3+HC→↓醛类及其它氧化物醛类复杂的有机化合物刺激眼睛NO汽车排气HCNO2太阳紫外光紫外光HC+O2+NO2+UV↓O3+甲醛+PAN+氧化产物O3PAN甲醛、丙稀醛等伤害植物伤害植物刺激眼睛刺激眼睛氧化产物聚合与核长大气溶胶光雾全球NOX排放量SO2NH3NOX全球NOX排放量估计排放源类型年生成量（1012g·a-1，以氮计）矿物燃料燃烧14～28超音速飞机0.15～0.3平流层光化学0.5～1.5生物质燃烧4～24雷电2～20土壤排放～8NH3的氧化5海洋NO2－的光解0.5~1.5合计34~88中国NOX排放现状1980～2004年：GDP年均增长率9.5%能源消费年均增长5.05%能源消费弹性系数：0.53能源强度总体下降，近3年反弹0510152025198019851990199520002005GDP(万亿元)0510152025能源消费总量，亿tce0123451980199020002010能源强度，tce/万元GDP05101520198019851990199520002005TotalNOXemissions(Mt)2003年，16Mt0306090120150北京天津河北山西内蒙辽宁吉林黑龙上海江苏浙江安徽福建江西山东河南湖北湖南广东广西海南重庆四川贵州云南西藏陕西甘肃青海宁夏新疆NOX排放量，万t各省区NOX排放分布,2008NOX排放大省：河北、辽宁、江苏、山东、广东、山西、河南、四川等80％以上在中东部地区各省区NOX排放强度分布10•西部地区排放强度很小90%左右NOX排放源于火力发电、工业、交通运输各经济部门NOX排放状况火电厂已成为最大排放源交通部门贡献率增长迅速2003年中国NOX排放的部门清单火力发电39.6%工业27.7%建筑业0.6%生活消费1.5%其他转换5.8%农业1.2%交通运输21.4%服务业2.2%不同燃料品种对NOX排放总量贡献燃煤是最大来源：60％～70%柴油、焦炭、汽油次之近年燃煤贡献率略有下降汽油、柴油贡献率上升较快2003年NOX排放燃料清单煤炭66.9%焦炭8.1%柴油12.5%液化石油气0.1%汽油6.2%煤油1.4%炼厂干气0.0%天然气0.4%燃料油3.0%煤气0.8%原油0.6%0500100015002000250030003500400045005000基准期2000年低中2010年高低中2020年高低中2030年高年份NOx排放量（万t)未来NOX排放总量发展趋势11771677～18532363～29143154～4296未来30年各省区NOX排放强度分布0省区1Mt4省区1Mt7省区1Mt13省区1Mt发达国家NOX排放控制1999年，在瑞典哥德堡20个国家签署了缓解酸化、富营养化和地面臭氧议定书对四种主要污染物制定了2010年国家排放限值，据此，欧洲国家在1990年水平上可消减63％二氧化硫，40％氮氧化物和VOC,17％氨火电厂发电量仅次于美国和中国，居世界第3位；1973年《空气污染防治法》开始，几经修订，成为当今世界上NOX允许排放限值最低、排放标准要求最严的国家之一。电站锅炉NOX排放标准锅炉类型锅炉容量（t/h）NOX最高允许排放限值，mg/m3ppm(10-6)mg/m3(以NO2计)燃煤(Ｏ2=6%)≤570250513570200410燃油(Ｏ2=4%)≤540150308540130267燃气(Ｏ2=5%)≤506100205≤50660123开发并应用先进的低NOX燃烧技术；1976年在350MW机组试验SCR，至今15GW燃煤电站机组安装SCR；采用低NOX燃烧技术及安装SCR脱销装置，燃煤电站烟气NOX浓度已降至45ppm日本电站锅炉NOX控制美国机动车NOX排放标准美国轻型汽车尾气排放标准,g/km年份COHCNOX测试循环196046.675.892.28USFTP197018.892.782.28USFTP19808.330.831.72USFTP19941.890.140.22USFTP20040.940.070.11USFTP美国加州机动车尾气排放标准更严项目CO，g/kmHC，g/kmNOX，g/km测试循环过渡低排放车辆（TLEV）2.110.080.25USFTP低排放车辆（LEV）2.110.050.12USFTP超低排放车辆（ULEV）1.060.020.12USFTP中国NOX排放控制策略的确定缺乏对全国NOX排放状况、环境影响及控制对策系统研究；欧洲、北美的教训：控制酸沉降最初重视SO2控制而轻视NOX控制，NOX排放增长及高氧化性可能抵消SO2控制的效果；如果NOX排放量增加，即使SO2排放量不变，微细颗粒物中硫酸盐含量也会大幅增加；美国控制电站NOx排放的努力，被机动车排放的不断增长所抵消，应同步控制固定源与流动源的NOx排放因此，控制NOx污染应成为中国环境保护的重要部分，应抓住机遇，制定中国NOx排放的控制策略。NOX优先控制领域火电厂－－排放量大，排气集中有利于采取控制措施；－－已有成熟的商业化控制技术；－－解决我国区域酸雨污染问题的关键之一；－－对地区阴霾形成的贡献机动车－－保有量增长迅速，尤其大城市；－－排气高度低，地形影响大；－－大城市局地空气污染的贡献大.电站锅炉NOX排放控制技术一级措施（燃烧改进技术）－－减少燃烧过程中NOX生成低NOX燃烧器（LNBs）分级燃烧－－火上风（OFA）烟气再循环(FGR)二级措施（燃烧后烟气脱硝技术）再燃烧技术（Reburning）选择性非催化还原（SNCR）选择性催化还原（SCR）NOx废气的治理吸收法：采用碱液、稀硝酸溶液、浓硫酸等作为吸收剂吸附法：采用吸附剂有活性碳、沸石分子筛催化氧化法：适用于硝酸尾气与燃烧烟气的治理LNB通过使燃料和空气的完全燃烧延迟，在燃烧局部形成富燃料贫氧的氛围，抑制NOX生成量;可达到50％以上的脱硝率OFA将5%~20％的燃烧空气在主燃烧器区下游的OFA喷口引入炉膛；主燃烧器区低于标准空燃比（AIR-TO-FUEL）的贫氧气氛下。与LNB配合可使脱硝率提高10%~25％。再燃烧技术（Reburning）1960年代末期由Dr.JostWendt发明再燃燃料（天然气、煤、其他燃料）提供15~25％的热输入量；氮氧化物削减率50%；投资费用较低；燃料成本，适当停留时间可用性；应用：旋风炉；墙燃炉、切燃炉；容量范围:33～800MW目前,美国已有超过5000MW容量锅炉安装了再燃烧系统在俄罗斯、乌克兰、意大利、日本和中国台湾等国家和地区得到应用广泛采用的选择性催化还原法（SCR）原理：利用NH3做还原剂，在300~400℃温度范围和一定的催化剂（铁、钒、铬、铜、钴或钼等金属氧化物）作用下，使烟气中的NOX还原为无害的N2和H2O。主反应机理：可能的副反应：8NH3+6NO2→7N2+12H2O4NH3+6NO→5N2+6H2OSCR特点：（1）90％～95％NOX削减率；（2）氨泄漏量低,0-5ppm（3）极好的空燃比控制，接近1.0.（4）广泛应用于日本、欧洲的燃气、燃油和燃煤锅炉问题：投资及运行费用高、催化剂中毒、氨储存、粉煤灰综合利用322322245464326NHONOHONHONHOSCR系统布置方式选择高粉尘布置低粉尘布置尾端布置锅炉空预器除尘器FGDSCR烟囱锅炉空预器除尘器SCRFGD烟囱锅炉SCR空预器除尘器FGD烟囱SCR系统构成VAPORIZER蒸发器AIR空气预热器PREHEATERCONTROLSYSTEM控制系统AQUEOUSNH3TANK液氨罐HEATER加热器FAN风扇PUMP泵MIXER搅拌器NH3INJECTIONGRID加氨槽CATALYSTLAYERS催化剂涂层SOOTBLOWERS吹灰器FLOWCONTROL流量控制SCRNH3喷射，温度范围：350～400℃；可达到90％以上脱硝率；投资费用高，空间限制，NH3泄漏，SO3排放，催化剂中毒失火；应用：超过75台锅炉；旋风炉，墙燃炉，切燃炉，容量范围：122－1300MWSCR催化剂－－适用不同燃料类型•蜂窝状催化剂单元•不同开孔大小适用于不同燃料：煤、油、天然气板式催化剂催化剂堵塞及腐蚀催化剂单元单元催化剂单元催化剂模块整流层催化剂层SCR催化剂构造SCR装置氨的喷射栅格和静态混合器NH3喷射栅格ＡＩＧ静态混合器PhotocourtesyofSiemens’FlowModelTestsbrochure,1998.氨的存储系统氨的储备与供应系统氨的流量分配阀门站ＭＶＳ烟气/氨的混合氨的存储系统氨的储备与供应系统氨的蒸发器氨的储备与供应系统烟道系统SCR的投资电厂大气污染控制标准化费用（%）费用烟气脱硫系统10.5选择催化还原系统3.0燃烧改进0.6废水处理系统2.2电除尘系统3.1小计19.4主厂80.6总厂100机动车NOX排放控制技术城市机动车是中国城市NOX排放控制的重点对象北京、上海、广州等城市机动车NOX污染贡献率超过50%控制技术包括：机内净化技术机外净化技术替代低污染燃料和新型低污染发动机关键是技术的长期稳定性，缺乏经济性分析“车、油、路”三个因素的协调，重视非道路用车的排放控制缺乏相应的经济政策机内净化：改进发动机的燃烧方式，使污染物的产生量减少将一种汽车性能改善剂--卡玛丝液体注入水箱，就可以减少汽车尾气达60%-90%。这是被实践证明了最经济、最方便、最有效的治理尾气法。加入水箱后，随着水箱温度的升高，极大化了卡玛丝本身的的远红外线和负离子的放射效果,在汽缸周围形成了电子磁场,加快了汽缸内的燃烧.达到了近于完全燃烧的程度.机外净化：利用装置在发动机外部的净化设备，对排出的废气进行净化治理，如排放管上装一个“催化转换器”（用铂、钯合金作催化剂），它的特点是使CO与NO反应，生成可参与大气生态环境循环的无毒气体，并促使烃类充分燃烧及SO2的转化。2CO+2NO＝2CＯ2＋N２措施缺陷：①无法消除硫的氧化物对环境的污染，还加速了SO２向SO３的转化，使排出的废气酸度升高。②只能减少，无法根本杜绝有害气体产生。结论（1）若不采取进一步控制措施，到2020年，中国NOX排放总量将达到2363～2914万t之间，超过美国成为世界第一大NOX排放国。（2）燃煤依然是未来NOX排放最主要来源（55%左右）；随电煤消费比重上升，未来火力发电贡献比目前更大，到2030年将达到45%左右。（3）火电厂是中国NOX排放控制的重点；严格控制机动车NOX排放是解决大中城市NOX污染的最有效途径。（4）尽早开展燃煤火电厂SCR示范工程对今后控制火电厂NOX排放具有重要意义，低温催化具有较好的应用前景。（5）为制定中